關(guān)鍵詞：微能高壓變頻器、節(jié)能、應(yīng)用

一、引言
綠色環(huán)保節(jié)能是現(xiàn)代化城市必須考慮的，特別是大型城市的供水供熱，擁有許多高壓電機(jī)拖動(dòng)的設(shè)備，主要是以高壓大功率的風(fēng)機(jī)和水泵為主，整個(gè)系統(tǒng)耗能的50－70％，高壓變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)代最先進(jìn)的調(diào)速技術(shù)，它不僅能夠?yàn)槲覀兲峁┦孢m的工藝條件，滿足用戶的使用要求，更重要的是這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)機(jī)、泵類等具有平方轉(zhuǎn)矩特性的負(fù)載時(shí)，可以節(jié)約大量的能量，最大節(jié)能率可以達(dá)到50％～75％。因此應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造在目前能源供應(yīng)緊張、價(jià)格不斷上漲的今天更具有特殊意義。

二、概述
國(guó)惠熱電有限公司投資額2千萬(wàn)美元，注冊(cè)資本8百萬(wàn)美元，是以集中供熱為核心的清潔能源上市公司，供暖及供暖接網(wǎng)是該公司的主要主營(yíng)業(yè)務(wù)，屬于熱水生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，占該公司主營(yíng)業(yè)務(wù)收入96.58%，公司擁有供熱面積近2700萬(wàn)平方米，占全市供熱市場(chǎng)的近1/3，公司積極落實(shí)國(guó)家提出的節(jié)能減排政策，其鍋爐使用的燃料皆為秸稈、稻桿等制成的無(wú)污染原料，主要風(fēng)機(jī)、水泵的電氣拖動(dòng)采用均采用了變頻設(shè)備，在運(yùn)用新技術(shù)新設(shè)備和綜合利用能源方面走出了一條新路，也為企業(yè)的自身發(fā)展帶來(lái)的非常好的前景。公司供暖設(shè)備中主要由供暖鍋爐組成，鍋爐的循環(huán)水泵由2臺(tái)355KW/10KV的高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)，引風(fēng)機(jī)由一臺(tái)315kW高壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，正常運(yùn)行的時(shí)候都是一用一備，采用的是閥門調(diào)節(jié)流量，在調(diào)節(jié)過程中大量能量被截流閥門浪費(fèi)了。

考慮到引風(fēng)機(jī)和循環(huán)水泵的裕量可能達(dá)到20%以上。在引風(fēng)機(jī)和鍋爐循環(huán)的用電量中，很大一部分是因風(fēng)機(jī)水泵型號(hào)和管網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)不匹配考而被白白消耗的。同時(shí)，鍋爐的負(fù)荷必須要跟隨用戶的使用狀況而改變，鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)要求鍋爐風(fēng)機(jī)水泵相應(yīng)作出調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過程中又有大量能量被截流閥門浪費(fèi)了。如果在循環(huán)水泵上加裝目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始普遍采用的高壓變頻器，由變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)水泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)壓調(diào)頻，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)水泵流量的調(diào)節(jié)以滿足負(fù)荷的變動(dòng)，這樣就能將水泵擋板在節(jié)流過程中造成的能量損失和因風(fēng)機(jī)型號(hào)和管網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)不匹配形成的能量損失節(jié)約下來(lái)。

通過考察，深圳微能科技有限公司以其優(yōu)秀的技術(shù)方案、良好的運(yùn)行業(yè)績(jī)、規(guī)模化的生產(chǎn)能力以及專業(yè)的售后服務(wù)等，得到了國(guó)惠熱電公司有限公司技術(shù)人員的一致認(rèn)可。為了試點(diǎn)，深圳微能科技有限公司經(jīng)過多方的研究和論證，將鍋爐給水由原來(lái)是的閥門調(diào)節(jié)改為變頻調(diào)速恒壓給水，通過變頻一拖二的系統(tǒng)改造，引風(fēng)機(jī)采用一拖一手動(dòng)旁路柜，用調(diào)節(jié)頻率取代閥門調(diào)節(jié)，達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能效果。

三、改造方案設(shè)計(jì)
(一)、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和可具備的各種條件，決定采取以下改造方案：
2臺(tái)循環(huán)水泵采用一拖二的方式，使用手動(dòng)旁路系統(tǒng)；
從母管上取壓力變送器的4-20mA電流信號(hào)作為反饋，給定頻率根據(jù)用戶從DCS系統(tǒng)直接給定；
運(yùn)行信號(hào)、停止信號(hào)從DCS系統(tǒng)給定；
高壓變頻器的狀態(tài)信號(hào)從變頻器的控制柜里送到DCS系統(tǒng)，以便實(shí)時(shí)觀察；
改造后的母管壓力值達(dá)到工藝要求6.8MPa以上；
將每臺(tái)水泵的旁通閥關(guān)閉，用高壓變頻器調(diào)節(jié)高壓電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)所需的流量。
引風(fēng)機(jī)采用一拖一手動(dòng)旁路柜，用調(diào)節(jié)頻率取代閥門調(diào)節(jié)。
(二)、示意圖：

1、引風(fēng)機(jī)改造示意圖

四、高壓變頻器工作原理
1、微能公司高壓大功率變頻器采用多個(gè)功率單元構(gòu)成多重化串聯(lián)疊波輸出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)單元輸出固定的低壓電平，再由多個(gè)單元串連疊加為所需的高壓.

對(duì)于本案被驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定電壓均是10kV，每相由九個(gè)相同的功率單元串聯(lián)而成，相電壓為5773V。每個(gè)功率單元輸出有效值641V。多重化串聯(lián)結(jié)構(gòu)使用低壓器件實(shí)現(xiàn)了高壓輸出，不僅降低了對(duì)功率器件的耐壓要求，而且還使輸出波形得到了極大的改善。輸出波形接近正弦波，不存在輸出諧波引起的電機(jī)發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，對(duì)普通異步電機(jī)不必加輸出濾波器就可以直接使用。在網(wǎng)側(cè)由于采用了54脈波整流的隔離多重化技術(shù)，對(duì)電網(wǎng)諧波污染非常小，輸入電流諧波畸變率遠(yuǎn)小于4%，滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)；輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。

五、可靠性設(shè)計(jì)
尤其是在冬季的北方，絕不能發(fā)生停機(jī)事故，一旦發(fā)生故障，對(duì)于老百姓的生活會(huì)造成極大的影響，還會(huì)造成大面積的管網(wǎng)爆裂，因此對(duì)可靠性的要求非常之高。
為了保證設(shè)備的使用壽命，微能高壓大功率變頻器功率單元采用了冗余設(shè)計(jì)，主要元器件的選取均留有足夠的余量，尤其是功率單元獨(dú)特的母線結(jié)構(gòu)使主器件的出力能力運(yùn)用到極致，因此保證了變頻器工作的可靠性。
微能高壓大功率變頻器功率單元采用了自動(dòng)旁通設(shè)計(jì)，功率單元原理見下圖所示：

在萬(wàn)一發(fā)生單元故障時(shí)，該單元會(huì)立即自動(dòng)旁路，與此同時(shí)與之同電平的其余輸出相的單元也自動(dòng)在線旁路，使機(jī)器進(jìn)入不停機(jī)降額連續(xù)運(yùn)行。保證三相輸出電壓對(duì)稱，輸出電流平衡，最大限度地減小停機(jī)率，保證單元故障狀態(tài)不停機(jī)工作。但在實(shí)際大多數(shù)調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)下，其工作頻率多低于額定頻率的九分之八，縱然有一單元故障，機(jī)器運(yùn)行仍然不受任何影響而正常工作。
同時(shí)為了保證系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，整套變頻器配備有手動(dòng)旁通裝置。如下圖所示：

變頻器異常時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，并將任意電機(jī)切換到工頻運(yùn)行。工頻旁路由4個(gè)高壓隔離開關(guān)K1、K2、K3、K4組成。變頻運(yùn)行時(shí)，K1、K2合閘，K3或K4置于變頻位置，以實(shí)現(xiàn)單機(jī)變頻運(yùn)行。工頻運(yùn)行時(shí)，K1、K2斷開，K3或K4置于工頻位置，以實(shí)現(xiàn)單機(jī)工頻運(yùn)行。通過開關(guān)切換可實(shí)現(xiàn)任意一臺(tái)變頻另一臺(tái)工頻運(yùn)行，或者兩臺(tái)同時(shí)變頻或工頻運(yùn)行。
　　
六、成功應(yīng)用
鍋爐引風(fēng)機(jī)和循環(huán)水泵高壓變頻器調(diào)試期間，各種連鎖可靠，故障報(bào)警準(zhǔn)確，和DCS系統(tǒng)連接方便、控制精度高。投入生產(chǎn)運(yùn)行后，通過實(shí)際生產(chǎn)期間對(duì)給水泵工頻起動(dòng)運(yùn)行和變頻起動(dòng)運(yùn)行的大量對(duì)比測(cè)試，鍋爐循環(huán)水泵采用變頻運(yùn)行后具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

通過上面的數(shù)據(jù)我們看到了該設(shè)備不但可以每年獲得節(jié)電效益60多萬(wàn)元，而且改善電機(jī)起動(dòng)性能，減少電網(wǎng)沖擊，水泵電機(jī)采用變頻器從靜態(tài)起動(dòng)，通過DCS系統(tǒng)緩慢提升轉(zhuǎn)速至工作范圍，最大起動(dòng)電流約為額定電流0.8倍，避開了電機(jī)6-8倍起動(dòng)電流，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩平穩(wěn)上升，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命！

七、結(jié)束語(yǔ)
本設(shè)備采用的WIN-HV系列高壓變頻器一次調(diào)試成功和成功運(yùn)行至今，從未出現(xiàn)任何故障報(bào)警或跳閘，說(shuō)明微能的高壓變頻器具有極高的可靠性，不僅為企業(yè)帶來(lái)了節(jié)能效益，減少了設(shè)備維修，而且提高了供水系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。可以說(shuō)微能高壓變頻調(diào)速裝置為企業(yè)節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益降低管理成本開掘了新途徑

參考文獻(xiàn)：
1.《WIN-HV 使用說(shuō)明書》